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EFFET DE SERREAutomobileLA VOITURE DE DEMAINPour l'automobile, la lutte contre l'effet de serre passe par une réduction de la consommation de carburant. Un véritable casse-tête pour les constructeurs, qui vont devoir répondre à des impératifs écologiques tout en proposant des produits performants.

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EFFET DE SERRE

Automobile

LA VOITURE DE DEMAIN

Pour l'automobile, la lutte contre l'effet de serre passe par une réduction de la consommation de carburant. Un véritable casse-tête pour les constructeurs, qui vont devoir répondre à des impératifs écologiques tout en proposant des produits performants.



L'automobile de demain va devoir limiter sa soif. Pour lutter contre l'effet de serre, elle ne dispose que d'un moyen : réduire sa consommation de carburant. Le souci n'est pas nouveau pour les constructeurs. Depuis le premier choc pétrolier de 1973, de gros efforts ont été faits sur la conception de véhicules moins gourmands. Ainsi, des gains de l'ordre de 20 % ont été réalisés grâce aux nouvelles motorisations. Malheureusement, ces progrès ont été réduits par l'amélioration du confort et de la sécurité des véhicules. Ainsi, les airbags, ABS, climatisation et direction assistée ont-ils grevé le poids des voitures tout en augmentant leurs besoins en électricité, deux foyers majeurs de la consommation en carburant.

Un engagement collectif

Seulement voilà, les constructeurs européens se sont aujourd'hui engagés à aller plus loin. Avec des objectifs ambitieux : réduire les émissions de dioxyde de carbone à 140 g/km dès 2008 et 120 g/km à l'horizon 2012. La tâche risque donc d'être ardue. Car si les progrès déjà réalisés ont été obtenus au prix d'efforts et d'investissements importants, il en faudra beaucoup plus pour dépasser des seuils de consommation aussi symboliques que les 5 litres aux 100 km pour les voitures à essence ou les 3 litres aux 100 km pour les Diesel. D'autant plus que la course aux équipements et à l'amélioration du confort et de la sécurité ne semble pas près de s'arrêter. Heureusement, les constructeurs ne pourront pas se mettre des bâtons dans les roues. L'engagement de réduction de la consommation a été pris collectivement, au sein de l'Association des constructeurs européens d'automobiles (Acea). Les émissions seront calculées pour l'ensemble des véhicules commercialisés sur une année, ce qui permettra de ne pas favoriser les fabricants de petits véhicules. Une attitude logique, au vu des différences entre les gammes, et qui pourrait bien se révéler payante, car personne, bien sûr, ne veut assumer le risque d'être taxé de mauvais élève pollueur.

Résoudre l'équation de la rentabilité

De toute façon, les constructeurs vont devoir explorer toutes les voies pour adapter leurs produits. Les progrès du design et des liaisons au sol laissent espérer une réduction de la consommation, grâce à une meilleure pénétration dans l'air et à une diminution des frottements au niveau de la route. Mais les principaux facteurs d'amélioration sont ailleurs. Dans les motorisations d'abord, avec les technologies d'injection directe et les moteurs électriques ; sur le poids ensuite, les véhicules pouvant être allégés grâce à de nouveaux matériaux et à un travail de reconception ; sur l'architecture électrique enfin, par l'électrification de certaines fonctions mécaniques ou hydrauliques. Reste à résoudre l'équation de la rentabilité. Les solutions à l'étude ne sont pas encore toutes crédibles en termes de coût. Et le client, même s'il est soucieux de l'environnement, ne semble pas prêt à financer la lutte contre la pollution.



Les principales pistes pour réduire la consommation

En 2000, 160 000 véhicules émettant moins de 120 grammes de CO2 par kilomètre ont été immatriculés en France. Le renouvellement du parc prendra quatorze ans.

Des véhicules plus légers

Solutions

Optimisation des structures (réduction de la quantité de matière).

Utilisation de nouveaux matériaux (aluminium, plastiques, magnésium...).

Reconception des sous-ensembles et de la structure du véhicule.

Gain potentiel de consommation

10 à 15 %

Une architecture électrique repensée

Solutions

Utilisation du multiplexage.

Passage au 42 volts.

Electrification de fonctions mécaniques ou hydrauliques.

Gain potentiel de consommation

5 à 10 %

Des moteurs plus économes

Solutions

Amélioration du rendement des moteurs.

Ajustement plus fin des besoins en carburant.

Hybridation (électrique, pile à combustible...).

Gain potentiel de consommation

10 à 15 %



DES MOTEURS PLUS ÉCONOMES

Les systèmes d'injection directe ont déjà permis de réduire la quantité de carburant injectée de 20 % pour les moteurs Diesel, et d'environ 10 % pour l'essence. D'autre part, la diésélisation du parc automobile européen (40 % des immatriculations en 2005) favorise la réduction des émissions de CO2. Les véhicules roulant au gazole consomment en effet de 20 à 30 % de moins que les véhicules à essence. Un avantage réel ramené à 20 %, car à consommation égale, un véhicule Diesel émet un peu plus de CO2 qu'une motorisation essence. Et crédible d'un point de vue environnemental, depuis l'apparition du filtre à particules. Mais ces technologies ont encore un fort potentiel de progression. Des systèmes " common rail " de troisième génération, avec une montée en pression et des commandes d'injection encore plus rapides et précises, sont à l'étude, et devraient voir le jour en 2003-2004. Dans le même temps, les constructeurs attendent des pétroliers des carburants moins soufrés. En effet, le soufre favorise la pollution en encrassant les catalyseurs et en provoquant une surconsommation liée à leur nettoyage. D'autres pistes sont à l'étude pour améliorer les motorisations. " Les moteurs actuels ont le potentiel pour être plus sobres, assure André Douaud, directeur moteurs et énergie à l'Institut français du pétrole (IFP). Il faut juste que les constructeurs apprennent à maîtriser les technologies dont ils disposent. " C'est pourquoi l'IFP travaille depuis trois ans avec DaimlerChrysler, Ford et PSA sur l'auto-allumage commandé d'essence. Grâce à un contrôle extrêmement précis de la composition du mélange et à la température élevée qui règne dans la chambre, la combustion se déclenche spontanément, sans l'aide de la bougie. Grâce à ce procédé, l'IFP annonce une réduction de 15 à 20 % de la consommation, sans compter la quasi-éradication des émissions d'oxydes d'azote. " L'avantage est que ce procédé, basé sur le contrôle électronique, est applicable à tous les types de moteur ", souligne Pierre Duret, chef de projet à l'IFP. " Dans une dizaine d'années, ces procédés qui apportent de ÔÔl'intelligence'' aux motorisations occuperont entre 5 et 10 % du marché ", ajoute André Douaud.

Des évolutions sur tous les fronts

L'amélioration de la combustion passera également par les commandes variables d'ouverture et de fermeture des soupapes basées sur des électro-aimants très précis. Elles permettront un gain en consommation estimé à environ 15 %. BMW a déjà opté pour une commande variable, mais mécanique cette fois. La 316ti Compact de BMW, sortie en juin, est équipée du Valvetronic qui devrait lui permettre un gain en sobriété de 15 %. Les véhicules électriques et autres piles à combustibles sont également en lice, mais probablement en étant hybridées avec des moteurs thermiques. C'est la piste suivie par BMW et Delphi. En effet, leur pile à combustible ne servira pas à la propulsion du véhicule, mais à l'alimentation de ses équipements. Autre particularité : le carburant embarqué ne sera ni de l'hydrogène ni du méthanol, mais la même essence que celle utilisée par le moteur. BMW en annonce la production en série d'ici à cinq ans. " Cet axe de recherche est très intéressant ", souligne Bruno Costes, délégué aux affaires techniques et environnement chez PSA. Le groupe est sur le point d'annoncer lui aussi sa politique autour de la pile à combustibles. D'autres évolutions vont dans le sens de la réduction de la consommation. L'apparition des boîtes de vitesses robotisées par exemple, qui ne sont autres que des boîtes mécaniques à commande électronique. Renault, avec sa Quickshift 5 montée sur une Twingo, annonce une sobriété améliorée de 5 % par rapport à une boîte manuelle. Tout comme Opel, qui propose un système équivalent, l'Easytronic, sur sa nouvelle Corsa. Enfin, en plus du GNV et du GPL, les carburants " verts " continuent d'être étudiés. Ainsi PSA souhaite développer des biocarburants, comme le diesther - à base de colza -, qui peut être mélangé au gazole. Pour l'essence, deux voies sont possibles, à partir de betteraves ou de blé. Ces biocarburants ont l'avantage de réduire les émissions en piégant le CO2 atmosphérique lors de la croissance des végétaux. Ils améliorent ainsi le bilan global des émissions.



DES VÉHICULES PLUS LÉGERS

En vingt ans, les voitures ont pris de l'embonpoint : leur masse a progressé de plus de 200 kg, soit une hausse de 25 %. Or, 100 kilos supplémentaires entraînent invariablement une augmentation de la consommation de 0,6 litre aux 100 kilomètres. Pas étonnant donc que la piste de l'allégement apparaisse comme décisive dans le cadre de la réduction des besoins en carburant ! Les constructeurs ont bien saisi l'importance de l'enjeu. " Ils insistent de plus en plus sur les gains de poids, et nous demandent de leur proposer des solutions techniques ", expose Jean-Louis Vaysse, directeur de la recherche chez Plastic Omnium. Certains proposent même des incitations financières. Ainsi, depuis le début de l'année, Renault paie officiellement 10 francs le kilo économisé sur chacune des pièces.

Adapter la structure du véhicule

Ce changement d'attitude des constructeurs n'est pas complètement une surprise. " Les objectifs de réduction de la consommation les prennent à la gorge. Ils sont obligés aujourd'hui de prendre en compte toutes les alternatives ", explique Jean-Noël Dargnies, directeur de la division automobile de Pechiney. Rien ne sera donc laissé au hasard. S'ils pourront profiter de nouveaux systèmes (comme le Pax de Michelin, qui supprime le poids de la roue de secours) ou du passage au 42 volts et au multiplexage (qui abaissent le poids des câblages électriques et des équipements), les constructeurs vont surtout devoir adapter la structure même du véhicule. En collaboration avec les équipementiers, ils cherchent d'abord à réduire la quantité de matière nécessaire, en la calculant plus finement grâce à la simulation et au calcul numérique. L'épaisseur des pare-chocs arrière de la Renault Laguna II a ainsi été réduite de 3,5 mm à 2,4 mm, grâce à la technologie " paroi mince " de Plastic Omnium. Mais les principaux gains potentiels reposent sur la substitution de matériaux alternatifs à l'acier, ce qui permet d'obtenir des pièces jusqu'à deux à trois fois plus légères. Le magnésium ou les matériaux synthétiques renforcés par des fibres de carbone font partie des pistes. Mais l'aluminium et le plastique présentent les principales opportunités. Dans les moteurs, les deux matériaux sont déjà très présents, avec encore un potentiel de développement : le nouveau moteur Diesel développé en commun par Ford et PSA Peugeot Citroën, leur donne une place importante. Résultat : il ne pèse que 98 kg, soit 50 kg de moins que les moteurs comparables de la génération précédente. Et leur utilisation va continuer de se développer dans le reste du véhicule. L'aluminium se fait une place dans les liaisons au sol (traverse arrière de la C5) ou les renforts de sièges. Il commence à s'imposer au niveau de la caisse et de la carrosserie : les capots se généralisent (Laguna II, 607, 307, C5, Mercedes classe S) et les portières feront leur apparition dès la prochaine génération de véhicules, alors que les pavillons commencent aussi à se faire une place. Quant au plastique, devenu incontournable à l'intérieur du véhicule, il devrait se renforcer dans les faces avant et arrière, ainsi que dans les pièces de peau : les ailes sont déjà bien répandues (Mercedes classe A, Volkswagen New Beetle, Clio II, 307...) et les hayons arrière commencent à apparaître (806, Laguna II break). Des travaux portent également sur la réalisation de vitres latérales en thermoplastique, pour un résultat trois fois plus léger qu'avec le verre.

Des contraintes importantes

Au-delà, les gains de poids devraient être obtenus grâce à un large travail de reconception. Une opportunité d'autant plus envisageable avec ces nouveaux matériaux. L'aluminium ou le plastique permettent de réaliser des pièces plus complexes, grâce à des techniques comme l'hydroformage ou le moulage. " On optimise ainsi les épaisseurs et on réduit le nombre de pièces, ce qui permet d'obtenir des gains de poids ", explique Guy Lozach, directeur matériaux et procédés chez PSA Peugeot Citroën. Si cette reconception touche des sous-ensembles, elle pourrait aussi être étendue à l'ensemble de la structure du véhicule. Avec l'A2, Audi a démontré la faisabilité d'une caisse tout aluminium en utilisant la technologie " space frame ". Pourtant, si les potentialités sont énormes, les constructeurs français restent plutôt prudents. Ils préfèrent miser sur une baisse de la masse du véhicule d'environ 150 kg, ce qui permettra selon eux d'atteindre leurs objectifs en termes d'émission de CO2. D'autres préfèrent même ne pas parler de gain substantiel. " Nous sommes déjà heureux, actuellement, quand nous parvenons à ne pas alourdir les nouveaux modèles par rapport à leurs prédécesseurs ", tempère Wieland Bruch, porte-parole de BMW pour les nouvelles technologies. Si les constructeurs préfèrent avancer pas à pas, c'est que les contraintes à surmonter restent importantes. Pour choisir d'utiliser un nouveau matériau, il faut jongler entre les exigences de résistance des pièces (par souci de sécurité), les difficultés liées au process (mise en peinture, assemblage) et les impératifs de recyclabilité. Et, bien sûr, il faut prendre en compte les inévitables surcoûts par rapport à l'acier : une pièce emboutie en aluminium, par exemple, coûte généralement 50 % de plus que sa cousine en acier. Les constructeurs misent donc sur une approche " hybride " combinant les différents matériaux au cas par cas (pièce par pièce, véhicule par véhicule). Rares sont en effet les exemples de véhicules issus d'une complète reconception, et misant principalement sur un matériau de substitution (comme le plastique pour la Smart ou l'aluminium pour l'A2). Cette attitude prudente sera-t-elle suffisante pour atteindre les ambitieux objectifs de réduction des émissions de CO2 ? Les constructeurs ne s'inquiètent pas pour 2008. Mais la barre des 120 g de CO2 par km, en 2012, suscite plus d'interrogations. Pour certains, elle pourrait constituer un seuil au niveau des contraintes d'allégement. " Alors, il faudra peut-être passer au tout aluminium ", estime Bernard Dumas, directeur des prestations chez Renault.



Les constructeurs face aux contradictions du consommateur

" Nous avons la technologie pour faire des véhicules ne consommant que 1 litre aux 100 kilomètres. Mais à quel prix ? ", s'interroge Bruno Costes, des affaires techniques et environnement chez PSA. C'est que les clients ne semblent pas prêts à payer plus pour une voiture moins polluante. Pas plus qu'ils n'acceptent de se priver de nouveaux équipements, même s'ils sont facteurs de consommation supplémentaire. " Le choix des innovations destinées à réduire la consommation n'est qu'une question d'optimisation économique. Par exemple, le client ne se soucie pas du matériau utilisé pour fabriquer sa voiture ", estime Bernard Dumas, directeur des prestations client chez Renault. L'échec commercial de l'Audi A2, qui ne s'est vendue qu'à environ 40 000 exemplaires depuis sa commercialisation en juin 2000, en est la parfaite illustration.



UNE ARCHITECTURE ÉLECTRIQUE REPENSÉE

En électrifiant des fonctions jusqu'ici mécaniques, les constructeurs vont pouvoir abaisser les besoins en carburant. Des freins ou une direction électriques permettent en effet de réduire les pertes par frottements, et donc de consommer moins. D'autres organes, comme la climatisation, sont gourmands en carburant. Leur électrification est envisageable. Mais travailler sur l'isolation thermique permet aussi, indirectement, de réduire la consommation. Visteon, par exemple, essaie d'économiser l'énergie en renforçant l'isolation de l'habitacle, et en utilisant des vitrages réfléchissant la lumière solaire. A l'instar de Splintex Glaverbel, dont le pare-brise Iris comporte des couches antisolaires déposées sous vide : la transmission lumineuse est conservée, mais l'isolation entraîne une réduction de 10 à 15 % de la consommation due au refroidissement. Face à cette électrification croissante et à la généralisation des systèmes électriques, il sera nécessaire d'augmenter la puissance disponible à bord du véhicule. C'est pourquoi les constructeurs se préparent au passage du 14 au 42 volts dans six ou sept ans. D'ici là, en attendant que tous les composants soient disponibles en 42 volts, une étape de bitension sera mise en place, grâce à des convertisseurs 42/14 volts. L'alterno-démarreur sera un élément clé de cette nouvelle structure. Ce moteur électrique sera substitué aux alternateur, démarreur et volant-moteur traditionnels. Il sera chargé de délivrer le courant nécessaire aux équipements électriques, mais permettra également de récupérer de l'énergie, au freinage par exemple. Il sera aussi chargé du pilotage de la fonction " stop and go ", encore appelée " stop-start ", qui permet d'arrêter le moteur thermique lorsque le véhicule est au ralenti (arrêt aux feux, embouteillages). L'alterno-démarreur assurera le redémarrage à la moindre sollicitation du conducteur. La réduction de consommation ainsi obtenue est estimée à environ 5 %.







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